'/%3E%3C/svg%3E){kind=small}
De zonnepanelen op je dak wekken energie op met de zonnecellen. Hoe deze zonnecel dit doen kun je uitgebreid terug lezen het artikel [artikel url], maar waar zijn deze kleine krachtpatsers nou eigenlijk van gemaakt? Je zou het niet zeggen, maar dit kleine wonder is gemaakt van silicium, ofwel zand.
Het begint op het strand (bijna)
Het hoofdmateriaal in een zonnepaneel is silicium — hetzelfde spul dat kwarts, glas en gewoon strandzand maakt. Dit is het op één na meest voorkomende element in de aardkorst. Er is letterlijk geen tekort aan.
Het probleem? In de natuur zit dit atoom altijd aan iets anders vast, zoals zuurstof, ijzer, of een van de andere vele mogelijkeheden. Voor een zonnepaneel heb je silicium dat zo puur is dat er bijna geen enkel ander atoom tussen zit. En dat is het lastige stuk.
Silicium uit mijnen halen
Het begint met kwartsmijnbouw. Denk hierbij aan open groeves waarbij grote brokken kwartssteen worden worden gemijnd. Omdat deze te groot zijn voor vervoer worden deze vermalen en naar een fabriek gestuurd. Niet glamoureus, maar wel noodzakelijk.
Deze ruwe vorm, net uit de mijn, is al voor 95 tot 99% zuiver. Klinkt goed, toch? Voor computerschips en zonnepanelen is het nog lang niet genoeg.
Silicium smelten op 2000 graden
In grote elektrische ovens wordt het kwarts verhit tot zo’n 2000 graden Celsius. Ter vergelijking: lava uit een vulkaan is zo’n 1200 graden.
Tijdens dit proces wordt koolstof toegevoegd. Koolstof neemt als het ware de zuurstof atomen af van Siliciumoxide waardoor er vloeibaar metaal over blijft. Dat wordt afgekoeld en uitgeharde blokken zijn het resultaat: metallurgisch silicium. Nog steeds niet zuiver genoeg voor zonnepanelen, maar één grote stap in de goede richting.
Het lastigste stuk: ultrazuivering
Metallurgisch silicium is 98-99% zuiver. Dit klinkt zuiver, maar voor een zonnepaneel is het niet genoeg. We hebben 99,9999% nodig (dat is één vreemd atoom per miljoen). Alles wat ertussen zit, verstoort de stroom.
Om daar te komen, wordt het eerst omgezet naar een gas: trichloorsilaan. Dat klinkt ingewikkeld, maar het idee is simpel — door het materiaal in gasvorm te brengen, kun je het veel preciezer scheiden van de onzuiverheden die erin zitten.
Dat scheiden gebeurt via destillatie. Het gas wordt afgekoeld, vloeibaar, en daarna weer opgewarmd. Bij elke stap verdampen de onzuiverheden op een andere temperatuur dan het silicium — en zo kun je ze er stap voor stap uithalen. Dit proces wordt meerdere keren herhaald, elke keer iets preciezer.
Wat overblijft is een ultrazuiver gas. Dat gas wordt vervolgens blootgesteld aan hitte en waterstof, waardoor het weer neerslaat als een vaste stof — dit keer als polysilicium: kleine, glanzende korrels, bijna volmaakt zuiver.
Productie kost veel energie
Ja. Dit deel van het proces is energie-intensief, dat is geen geheim. Dat is ook waarom veel van deze fabrieken in regio’s zitten met goedkope stroom, zoals Noorwegen (waterkracht) of delen van China.
Het goede nieuws: een zonnepaneel produceert gedurende zijn leven veel meer energie dan er in de productie gestoken wordt. De terugverdientijd qua energie ligt gemiddeld op 1 tot 3 jaar — en een paneel gaat 25 tot 30 jaar mee.
Zuiver polysilicium, klaar voor de volgende stap
Wat overblijft zijn zakken polysilicium — kleine, glanzende korrels, klaar voor de volgende stap. Die gaan naar een aparte fabriek waar ze worden gesmolten en omgevormd tot een grote, compacte cilinder van kristallijn silicium. Dat is het ruwe materiaal waaruit straks de dunne plakjes worden gezaagd die uiteindelijk als zonnecel in een paneel belanden.
Hoe dat smelt- en kristallisatieproces precies werkt — en waarom de structuur van dat kristal zo belangrijk is — dat is een onderwerp van de volgende keer.
